多功能信號分析儀的製作方法

2023-06-21 09:52:31

專利名稱：多功能信號分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多功能信號分析儀，它屬於通用信號收集和分析處理儀器領域。
隨著科技和生產的發展，需要產生、收集、分析和處理的數據日益增多，如土木建築工程的檢測、結構和設備的振動監視及故障診斷、振動和噪聲源的查找、生物和醫學信號的提取分析等都需要使用信號收集和分析處理儀器。CN88212156.1專利公開了一種混凝土樁基無損動測儀，它由激振器、傳感器、採樣器、控制器、袖珍計算機組成，通過對袖珍計算機採用機器語言和BASIC語言混合編程進行工程測量，由於其使用的元器件和計算機檔次低，整體技術指標和通用性受到很大限制，如數據採集速度和精度低，數據通道少等。
本實用新型的目的是設計一種可提高工程檢測速度的多通道高精度分析儀器。
本實用新型的目的通過以下方式實現一種多功能信號分析儀，它包括印表機、計算機、A／D數據採集器和傳感器，計算機分別通過其印表機接口與印表機、通過計算機三大總線與A／D數據採集器聯接，該信號分析儀的A／D數據採集器和傳感器之間串接多道濾波放大器，所述的A／D數據採集器包括由總線收發和總線聯絡組成的總線接口、由地址鎖存和通道計數及通道選擇組成的通道轉換單元、定時單元和A／D變換單元，計算機分別通過數據總線與總線收發的一個數據口、通過控制總線及地址總線與總線聯絡連接，總線收發的另一數據口與A／D變換的數據口、定時的數據口及地址鎖存的數據口均掛在內部總線上，總線聯絡通過其控制線分別與總線收發、定時、A／D變換及地址鎖存相連，地址鎖存的輸出接至通道計數的輸入端，後者的輸出接至通道選擇的控制信號輸入端，傳感器的輸出經多道濾波放大器接至通道選擇的信號輸入端，通道選擇的輸出接至A／D變換的模擬信號輸入端，定時的輸出分別接至A／D變換和通道計數。
多道濾波放大器由2～16個通道濾波放大器組成，每個通道對傳感器送來的模擬信號進行濾波和放大，濾除其中的高頻幹擾成分並把有用信號放大到接近A／D變換器滿量程輸入的幅度，以提高採集精度。
本分析儀工作時首先向A／D數據採集器發送起始通道號(表明從16個通道中的哪個開始採集)、採樣頻率、通道個數(採集幾個通道)三個數據，其中起始通道號送入地址鎖存器鎖存並通過通道計數送至通道選擇，以選擇所需的起始通道，採樣頻率送入定時的O組定時器(計數脈衝取之時鐘)，通道個數送入定時的1組定時器(計數脈衝取之O組定時器的輸出)，然後定時器通道O啟動A／D變換，變換結束後A／D變換向總線聯絡發出信號，通知計算機取數。每轉換一次，定時器通道O使通道計數加1，以選擇下一通道進行採樣，當所需的通道都被採樣一遍後，定時器通道1使通道計數工作在置數方式下並將地址鎖存中的起始通道號重新預置在通道計數中，於是採樣又從起始通道開始循環，這樣可實現多道採樣。
總線聯絡單元接受計算機命令指揮A／D數據採集器完成從通道選擇、A／D採樣轉換直到將採樣數據送回計算機等一系列任務，並有直接、中斷、DMA三種採樣方式，這樣可減少計算機的負擔，提高採樣頻率。
由於本實用新型可有多達16個的採樣通道，每個通道均接濾波放大器，加上總線聯絡單元的功能是用硬體實現的，並有直接、中斷、DMA三種採樣方式，故有數據採集通道多、精度高、轉換快的優點。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。


圖1是本實用新型組成框圖；圖2是本實用新型組成原理圖；圖3是本實用新型中濾波放大器的電路圖；圖4是本實用新型中A／D數據採集器的電路圖；圖5是本實用新型一個實施例組成框圖；圖6是本實用新型另一個實施例組成框圖。
圖1和圖2中所示的多功能信號分析儀包括印表機1、計算機2、A／D數據採集器18和傳感器12，計算機2通過其印表機接口與印表機1聯接，通過計算機三大總線與A／D數據採集器18聯接，A／D數據採集器18和傳感器12之間串接多道濾波放大器11，所述的A／D數據採集器18包括以下四個部分(a)由總線收發3和總線聯絡4組成的總線接口5；(b)由地址鎖存7、通道計數9和通道選擇10組成的通道轉換17；(c)定時6；(d)A／D變換8。
計算機2分別通過數據總線13與總線收發3的一個數據口、通過控制總線14及地址總線15與總線聯絡4連接，總線收發3的另一數據口與A／D變換8的數據口、定時6的數據口及地址鎖存7的數據口均掛在內部總線16上，總線聯絡4通過其控制線分別與總線收發3、定時6、A／D變換8及地址鎖存7相連，地址鎖存7的輸出接至通道計數9的輸入端，後者的輸出接至通道選擇10的控制信號輸入端，傳感器12的輸出經多道濾波放大器11接至通道選擇10的信號輸入端，通道選擇10的輸出接至A／D變換8的模擬信號輸入端，定時6的定時輸出分別接至A／D變換8和通道計數9。
本實用新型的多道濾波放大器11為2～16通道濾波放大器，每個通道均有一濾波放大器，在圖3所示的濾波放大器電路中，採用了6個高輸入阻抗運算放大器LM353(運放20～運放25)和一片MF6－100集成濾波器19，其中運放20作輸入級，其輸入阻抗達1012Ω，運放21～運放23串聯連接構成三級放大器，其放大倍數可達106，集成濾波器19和運放24串聯組成兩級濾波器，濾波器的低通濾波截止範圍為0～50KHZ，運放25作為輸出級，濾波放大器的輸入級、放大、濾波、輸出依次串聯連接，濾波放大器的輸入接傳感器12的輸出，濾波放大器的輸出接通道10的信號輸入端。該濾波放大器可濾除輸入信號中的高頻幹擾成分，其高輸入阻抗特點可減少分析儀對被測對象的影響，其放大倍數可將微伏級信號放大到接近A／D變換器滿量程輸入的伏級量，這樣可提高採樣精度。
在圖4所示的A／D數據採集器電路中，總線收發3為總線收發器245，定時6為可編程計時器8253，地址鎖存7為六D觸發器174，A／D變換8為模數轉換器AD1678，通道計數9為同步四位計數器，通道選擇10為兩片多路轉換器AD7503，總線聯絡4由兩片GAL可編程器16V8組成。
總線聯絡4的腳SWE、SRD、SSC、DRQ、DACK、INT接計算機2的控制總線14，以實現和計算機的聯絡；腳SA2～SA0接計算機的地址總線15；腳WE接定時6的WR腳並經一反相器接總線收發3的DIR腳；腳A1和A0分別接定時6的腳A1和A0；腳GATE接定時6的腳GATE0和GATE1；腳CK接地址鎖存7的腳CK；腳CS1接A／D變換8的腳CS；腳CS2接定時6的腳CS；腳RD接定時6的腳RD和A／D變換8的腳OE；腳EOC接A／D變換8的腳EOC；腳G接總線收發3的G腳。總線收發3的數據A埠(腳A1～A8)接計算機2的數據總線13；數據B埠(腳B1～B8)與定時6的腳D0～D7、A／D變換8的腳DB4～DB11、地址鎖存7的腳1D～4D連接在一起形成內部總線16。
定時6的腳OUT0和CLK1並接後接至A／D變換8的腳
和通道計數9的腳CK；腳OUT1接通道計數9的腳LOAD；腳CLK0接時鐘。
地址鎖存7的腳1Q～4Q分別接通道計數9的腳A～D；腳CLR接＋5V。
A／D變換8的腳AIN接通道選擇10的腳OUT；腳EOCEN接＋5V；腳R／L與SYNC接地。
通道計數9的腳CLR、T及P均接＋5V；腳QA～QC接通道選擇10的腳A0～A2；腳QD接通道選擇10的腳EN。通道選擇10中兩個AD7503晶片的腳EN間接有反相器，兩晶片的腳S1～S8(共16條線)分別接多道濾波放大器中的16個通道。
本分析儀工作步驟分預置參數、採樣轉換、取數三個階段，下面分別敘述。
預置參數階段(預置起始通道號、通道數n、採樣頻率)計算機2首先將起始通道號送上數據總線13，然後通過控制總線14和地址總線15向總線聯絡4發出寫命令，總線聯絡4通過腳G和腳WE打開總線收發3，使數據總線13上的起始通道號從總線收發3的A埠傳至B埠，即傳至內部總線16上，隨即又將總線收發3關閉，之後總線聯絡4再向地址鎖存7發觸發脈衝，把起始通道號參數鎖存其中，地址鎖存7將此參數存入通道計數9中，然後通過通道選擇10選中起始通道號所指的通道並將其中的待採樣信號沿傳感器→濾波放大器→A／D變換8的模擬信號輸入端腳AIN，此後通道計數9將以起始通道號為基數開始計數，接著計算機再發通道數n，待其進入內部總線16後，總線聯絡4通過腳WE、A1、A0將其存入定時6的1組定時器中，同理，將採樣頻率存入定時6的0組定時器中。
採樣轉換階段計算機發採樣開始信號SSC，總線聯絡4收到後通過腳GATE使定時6的0通道定時器和1通道定時器工作，O通道輸出的負脈衝使A／D變換8啟動A／D轉換，同時使通道計數9計數一次，為轉換下一通道作準備，這樣定時6的O通道定時器每輸出一個負脈衝(其頻率即為採樣頻率)便使A／D變換8完成一個通道的採樣轉換工作，同時使通道號增加1，至定時6的1通道定時器產生一個負脈衝時，A／D變換8已將從起始通道號開始的n個通道輪流轉換了一遍，該負脈衝在其為低電平期間使通道計數9變成計數狀態，這樣又將地址鎖存7中鎖存的起始通道號重新存入通道計數9中，於是A／D變換8又從起始通道號指定的通道開始循環轉換。
取數階段A／D變換8每完成一個通道的採樣轉換，便由腳EOC向總線聯絡4發出轉換結束信號，這時總線聯絡4根據計算機事先要求可有三種通知計算機取數的方法，即直接取數、中斷取數(通過腳INT向計算機發中斷請求信號)和DMA取數(通過腳DRQ和DACK向計算機發DMA傳送請求)。無論哪一種取數方法，總線聯絡4都需打開總線收發3，並使數據流向從其B埠指向A埠，這樣內部總線16上已轉換好的數據便可送至計算機數據總線13上。此數據經計算機處理後，可向印表機1輸出。
圖5所示實施例為本實用新型配接力傳感器、速度傳感器、加速度傳感器組成的樁基檢測儀。
圖6所示實施例為本實用新型配接多個速度傳感器或加速度傳感器組成的機械故障監視診斷儀。
權利要求1.一種多功能信號分析儀，它包括印表機1、計算機2、A/D數據採集器18和傳感器12，計算機2分別通過其印表機接口與印表機1、通過計算機三大總線與A/D數據採集器18聯接，其特徵在於該信號分析儀的A/D數據採集器18和傳感器12之間串接多道濾波放大器11，所述的A/D數據採集器18包括由總線收發3和總線聯絡4組成的總線接口5、由地址鎖存7通道計數9和通道選擇10組成的通道轉換17、定時6和A/D變換8，計算機2分別通過數據總線13與總線收發3的一個數據口、通過控制總線14及地址總線15與總線聯絡4連接，總線收發3的另一數據口與A/D變換8的數據口、定時6的數據口及地址鎖存7的數據口均掛在內部總線16上，總線聯絡4通過其控制線分別與總線收發3、定時6、A/D變換8及地址鎖存7相連，地址鎖存7的輸出接至通道計數9的輸入端，後者的輸出接至通道選擇10的控制信號輸入端，傳感器12的輸出經多道濾波放大器11接至通道選擇10的信號輸入端，通道選擇10的輸出接至A/D變換8的模擬信號輸入端，定時6的定時輸出分別接至A/D變換8和通道計數9。
2.根據權利要求1所述的多功能信號分析儀，其特徵在於所述的多道濾波放大器11為2～16通道濾波放大器，每個通道中含有六個運算放大器(運放20～運放25)和一片集成濾波器19，運放20作輸入級，運放21～運放23串聯構成三級放大器，集成濾波器19和運放24串聯組成兩級濾波器，運放25作為輸出級，濾波放大器的輸入級、放大、濾波、輸出依次串聯連接，濾波放大器的輸入接傳感器12的輸出，濾波放大器的輸出接通道10的信號輸入端。
專利摘要本實用新型公開了一種用於信號收集和分析處理的信號分析儀，它包括計算機、印表機、A/D數據採集器和傳感器。其特徵在於傳感器和A/D數據採集器之間串接了可實現多通道高精度採集的2～16通道多道濾波放大器，A/D數據採集器中由可編程器構成的總線聯絡單元協助計算機完成從預置採樣參數、起動A/D轉換到取數等一系列任務，並有直接、中斷、DMA三種採樣方式。
文檔編號G06F13/38GK2152206SQ9220859
公開日1994年1月5日 申請日期1992年5月7日 優先權日1992年5月7日
發明者駱長勝, 李堅 申請人:北京市宣武區三力電子儀器研究所